Figure 4 Stena Line convertit sa flotte de navires pour fonctionner au méthanol afin de réduire la pollution qui se produit lors de la combustion du mazout, particulièrement préoccupante dans la Baltique. Le Stella Germanica, ici à Göteborg, en Suède, qui se prépare à naviguer vers Kiel en Allemagne, a subi des essais en mer approfondis avec du méthanol avant que la décision ne soit prise de convertir plus de 20 autres navires.
Avec l’aimable autorisation de Marcusroos (Wikimedia Commons).
(c) Pour fabriquer des carburants
(i) Le procédé MTG
Le gaz de synthèse peut être transformé en carburants liquides. On peut notamment utiliser le procédé Mobil MTG (methanol to gasoline).
Le méthanol est transformé en alcanes et en hydrocarbures aromatiques convenant à l’essence (hydrocarbures de 5 à 8 atomes de carbone), en faisant passer la vapeur sur de l’alumine à environ 600 K. Un mélange d’équilibre de méthanol, d’éther diméthylique (DME) et de vapeur est produit, contenant environ 25% de méthanol :
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Ce mélange de gaz est ensuite passé sur un lit de zéolite sous sa forme acide, HZSM-5, chauffé à environ 650 K, pour produire le mélange d’hydrocarbures (avec 5 à 10 atomes de carbone) à utiliser comme essence.
Le DME peut être utilisé d’une manière différente. Bien qu’il s’agisse d’un gaz à température ambiante, il peut être facilement liquéfié sous pression et est considéré comme un carburant alternatif intéressant au gazole. Les véhicules doivent être équipés d’un moteur à allumage par compression avec un système d’alimentation en carburant spécialement conçu pour fonctionner au DME. Un certain nombre de démonstrations de véhicules fonctionnant au DME ont eu lieu en Europe et aux États-Unis, dont une où un client a exploité 10 véhicules pendant 750 000 miles. Les normes d’émission de particules peuvent être respectées sans l’utilisation de filtres. Comme pour les véhicules diesel conventionnels, les émissions d’oxydes d’azote (NOx) peuvent être réduites de la manière habituelle avec une solution d’urée.
Le DME est également mélangé au gaz de pétrole liquéfié (GPL) comme carburant pour une utilisation domestique. Sa principale utilisation à l’heure actuelle, cependant, est comme propulseur d’aérosol.
La première usine de MTG a été construite en Nouvelle-Zélande et de nouvelles usines sont en cours de construction qui répondront également à la demande de méthanol et d’ammoniac, qui ont tous deux besoin de gaz de synthèse.
Ces procédés peuvent fournir une voie pour produire des produits chimiques à partir de la biomasse. La biomasse est convertie en gaz de synthèse, puis en méthanol et, de là, en carburants liquides.
(ii) Pour fabriquer des produits oxygénés
Une autre utilisation importante du méthanol est la fabrication de l’éther t-butylique de méthyle (MTBE) et de l’éther t-amylique de méthyle (TAME), des additifs à l’essence pour augmenter son indice d’octane.
Cependant, il a été démontré que le MTBE est un polluant grave et, lorsqu’il est déversé, il se retrouve dans les cours d’eau. Son utilisation est progressivement abandonnée aux États-Unis et dans d’autres pays.
Production annuelle de méthanol
| Monde | 70 millions de tonnes1,2 |
| Asie | 44 millions de tonnes3 |
| Moyen Orient | 9 millions de tonnes3 |
| US | 2 millions de tonnes4 |
1. M Alvarado, Methanol, 2016, IHS
2. On s’attend à ce qu’il approche les 80 millions de tonnes en 2016 et les 100 millions de tonnes en 2020
3. Methanol Market Services Asia, 2016. Données estimées pour 2015
4. 2015 Guide to the Business of Chemistry, American Chemistry Council, 2016
En 2000, la Chine représentait environ 12 % de la consommation mondiale de méthanol, tandis que l’Amérique du Nord et l’Europe en consommaient respectivement 33 % et 22 %. En 2015, la Chine en a consommé 54% tandis que l’Amérique du Nord et l’Europe en ont consommé 11% et 10%.
Fabrication du méthanol
(a) Production de gaz de synthèse
(i) Méthodes traditionnelles
Le méthanol est fabriqué à partir du gaz de synthèse qui est un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène.
La matière première, au cours des 40 dernières années ou plus, a été le pétrole ou le gaz naturel. En Chine, en particulier, le charbon, plutôt que le gaz naturel ou le pétrole, est utilisé comme matière première.
(ii) Méthanol « vert »
Il y a eu des développements importants pour produire du méthanol qui est en grande partie « vert ».
Toute biomasse solide, y compris par exemple les déchets agricoles, urbains et industriels, peut être utilisée pour faire du gaz de synthèse en utilisant des techniques similaires à sa production à partir du charbon.
Des développements plus récents comprennent une usine aux Pays-Bas, qui utilise le propane-1,2,3-triol liquide (glycérol), un sous-produit de la production de biodiesel, à partir de graisses animales et d’huiles végétales, pour produire le gaz.
Une autre voie « verte » consiste à utiliser le dioxyde de carbone résiduel. Bien que la première usine de ce type soit liée à l’énergie géothermique, elle pourrait être utilisée pour convertir les déchets de dioxyde de carbone provenant, par exemple, des fours à chaux et de la fabrication de l’acier, en méthanol.
(b) Synthèse du méthanol
Le gaz de synthèse est converti catalytiquement en méthanol à des températures et des pressions élevées dans un réacteur à lit fixe. Le catalyseur est une pastille d’alumine revêtue d’oxydes de cuivre et de zinc.
La réaction principale de synthèse du méthanol peut s’écrire :
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En considérant l’énergétique des réactions, on constate que le rendement en méthanol est favorisé par les hautes pressions et les basses températures. Un procédé à basse pression est né de la découverte d’un catalyseur à base de cuivre actif à 475-575 K, permettant ainsi des conversions économiques à 40-100 atm. Une usine, par exemple, fonctionne à 525-575 K et 100 atmosphères. Elle atteint finalement une conversion de 97% des réactifs.
Le mécanisme réel de formation du méthanol a été un domaine de recherche actif. En utilisant le 14CO2 radioactif, on pense que la majorité, sinon la totalité, du méthanol est dérivée par le CO2.
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Figure 4 Le convertisseur dans lequel le méthanol est produit à partir du gaz de synthèse.
Avec l’aimable autorisation de Johnson Matthey.